Onderzoekers kweken harige huid in het lab

Amerikaanse onderzoekers slaagden erin om harige mensenhuid te kweken in het laboratorium. De nieuwe huid brengt wetenschappers een stap dichter bij een betere behandeling voor ernstige wonden en brandwonden.

Onderzoekers van het Kinderziekenhuis in Boston hebben een manier ontwikkeld om realistische menselijke huid te kweken. Het kweken van huid in laboratoria gebeurt al veertig jaar, maar het is voor het eerst dat de huid ook haarzakjes, talgklieren en zenuwen heeft.

De gekweekte huid bestaat uit twee verschillende lagen, net als onze eigen huid. De huid maakt in het kweekschaaltje nog geen haren aan. Maar toen de onderzoekers stukjes huid transplanteerden op naakte muizen, begon op die plekken ook mensenhaar te groeien. De huid zou in de toekomst gebruikt kunnen worden voor het behandelen van grote wonden en brandwonden, en voor het testen van medicijnen en cosmetica. Het onderzoek is gepubliceerd in Nature.

Een gekweekte menselijke huidcel met ontwikkelende haarzakjes en zenuwen (rood).
Jiyoon Lee, Boston Children’s Hospital, vrijgegeven aan pers

We kweken al huid sinds de jaren tachtig

Het laten groeien van menselijke huid is niet nieuw. In de jaren tachtig werkte onderzoeker Howard Green al aan het repareren van brandwonden met in het lab gegroeide stukjes huid. De arts opereerde twee jongens die zwaargewond raakten in een brand. Green nam kleine stukjes gezonde huid bij de jongens weg, liet die groeien in zijn laboratorium en oogstte stukken huid om de wonden van de jongens mee te dichten.

De huid die de jongens destijds getransplanteerd kregen, was niet compleet. Onze huid bestaat namelijk uit twee lagen: de opperhuid (epidermis) en de lederhuid (dermis). De getransplanteerde huid miste de onderste laag. Het had daarom geen zenuwen, vet, zweetklieren en haarzakjes en talgklieren.

De huid beschermde de jongens wel tegen de buitenwereld, maar zag er heel anders uit dan echte huid, en schoot tekort op het gebied van temperatuurregeling en de werking als tastzintuig. Omdat het kweken van een realistischere huid lastig bleek, worden patiënten met grote brandwonden vandaag de dag nog steeds op dezelfde manier behandeld.

Waarom mensenhuid kweken lastig is

Menselijke huid bestaat uit twee lagen: de dermis en de epidermis. Daarnaast zitten er zenuwen, vet, zweetkliertjes, haarzakjes en talgkliertjes in de huid.
Wikimedia Commons, Svdmolen via CC BY 2.5

Echte menselijke huid bestaat uit twee lagen. Om een realistische menselijke huid te kweken, moeten die twee lagen dus samen groeien. Dat is lastig, want de cellen in de twee lagen hebben allebei een andere embryonale oorsprong.

Heel vroeg in de ontwikkeling van de mens, als het embryo nog slechts uit een aantal cellen bestaat, organiseren die cellen zich in drie groepen. Ze kiezen als het ware een beroepsrichting: het endoderm, het mesoderm of het ectoderm. ‘Endo’ betekent ‘binnenin’: endodermcellen vormen later in de ontwikkeling onder andere de lever, blaas, longen en slokdarm. ‘Meso’ betekent ‘midden’: mesodermcellen vormen spier, bot, vetweefsel en bloedvaten. Het haar, nagels, de mond en de neus worden gevormd uit ectodermcellen. Ecto- betekent ‘aan de buitenkant’.

De menselijke huid heeft twee van die beroepsgroepen nodig. De bovenste laag, de epidermis, wordt gevormd uit het endoderm. De dermis daarentegen, de onderste laag huid, wordt gevormd vanuit het mesoderm. Onderzoekers moeten dus twee verschillende soorten cellen, die al heel vroeg in de ontwikkeling van elkaar gescheiden worden, samen laten groeien om realistische mensenhuid te kweken.

Bij de oude methode van huid kweken werden stamcellen uit de bovenste laag huid ingezet om nieuwe cellen te produceren. Die cellen hebben al een beroepsgroep gekozen en kunnen alleen cellen maken uit de bovenste laag huid, en niet uit de onderste.

Organoïden en groeicocktails

Vet in de huid is cruciaal voor wondheling.
Wikimedia Commons, Jacklee via CC BY-SA 4.0

De Amerikaanse onderzoekers gebruikten daarom volwassen huidcellen, die als het ware zijn gereset naar de embryonale vorm. Die cellen hebben dus nog geen beroepsgroep gekozen, en kunnen alle soorten cellen worden, van hersencellen tot tanden. Om de cellen stap voor stap aan te sporen om huid te vormen, voegden de onderzoekers cocktails van voedingsstoffen en chemicaliën toe.

Na meer dan honderd dagen groeien ontstond er een realistische huid, bestaande uit twee lagen, inclusief zenuwen, vetcellen, spierachtige cellen en haarzakjes. Getransplanteerd op naakte muizen groeiden er lange, bruine haren uit de huid, ontstonden er talgkliertjes en zelfs pigmentatie.

De nieuwe manier om de huid te laten groeien werd eigenlijk bij toeval ontdekt. Onderzoeker Karl Koehler werkte aan een modelsysteem voor het binnenoor. Hij wilde cellen creëren die geluid kunnen opvangen, om daarmee onderzoek te kunnen doen naar gehoorverlies en evenwichtsstoornissen. Bij het maken van de geschikte mix van voedingsstoffen en chemicaliën om de cellen aan te sporen om binnenoren te gaan vormen, vormde zich huidweefsel als bijproduct.

“We probeerden eerst om het huidweefsel te verwijderen, als onkruid uit een tuin,” zegt Koehler in een persbericht. “Maar toen zagen we de waarde van het groeien van harige huid in een schoteltje. We pasten onze aanpak aan en probeerden de cellen die binnenoor wilden worden te elimineren, ten gunste van de huid.” Zo kwam uiteindelijk een protocol tot stand om de embryonale cellen huidcellen te laten worden.

Uitgelicht door de redactie

Economie
Je geld of je leven?

Maatschappijwetenschap
Politie, burgers en technologie-ontwikkelaars in gesprek over de toekomst van de stad

Informatica
De gigantische logistieke operatie van het coronavaccin

Het recept zit in de cel

“Het is verbazingwekkend hoeveel er vanzelf gebeurt, als je de juiste dingen bij elkaar brengt”, zegt Hans Clevers, groepsleider aan het Hubrecht Instituut voor Ontwikkelingsbiologie en Stamcelonderzoek. “Miljoenen jaren aan evolutie hebben ervoor gezorgd dat die cellen precies weten wat ze moeten doen. Blijkbaar lukt dat ze ook behoorlijk goed in een schaaltje, tenminste, als je uit hebt gezocht wat je precies bij elkaar moet brengen.”

Clevers ontdekte meer dan tien jaar geleden hoe hij in het laboratorium mini-orgaantjes kan groeien vanuit weefselstamcellen, dus stamcellen die al een beroepsgroep hebben ontwikkeld. “Huid met haarzakjes, daarin is buitengewoon veel interesse in de wereld”, zegt hij. “Dit is nog nooit eerder vertoond.”

De techniek om cellen te resetten tot de embryonale variant, zodat onderzoekers kunnen werken met cellen die nog geen beroepsgroep hebben gekozen, werd in 2006 uitgevonden door Shinya Yamanaka. Hij voegde vier voorzichtig gekozen stukjes DNA toe aan de genen van volwassen huidcellen, waarna de cellen zich net zo gedroegen als embryonale cellen, die nog geen beroepsgroep hadden gekozen. Yamanaka ontving 2012 een Nobelprijs voor zijn werk. Er zit een aantal jaar tussen de ontdekking van de techniek en de uitvinding van deze realistische huid. Waarom duurde dat zo lang?

Akelige tumoren

“Er is één grote zorg met embryonale stamcellen”, zegt Clevers. “Als je het protocol helemaal doorneemt en alles gaat goed, dan blijft er aan het einde van de rit geen enkele embryonale cel achter. Maar dat is moeilijk vast te stellen. Het kan zijn dat er nog ergens een cel rondzweeft die halverwege het proces is blijven steken.”

De harige kweekhuid biedt helaas geen oplossing voor kaalheid.
Wikimedia Commons, Welshsk via CC BY 3.0

Achtergebleven embryonale cellen maken teratomen. “Dat zijn hele akelige tumoren, waar van alles en nog wat in zit. Tanden, een schildklier, haar. Er is angst dat je een teratoom transplanteert samen met het stukje weefsel”, legt Clevers uit. Op dit moment vindt er onderzoek plaats waarbij synthetische versies van embryonale cellen worden getransplanteerd bij mensen, met name in het oog, waar goed zichtbaar is of er zich iets ontwikkelt wat daar niet hoort. “Maar zeker voor iets als kaalheid neem je dit risico niet”, stelt Clevers.

Voor patiënten met ernstige brandwonden is er zeker behoefte aan een mooiere, realistischere huid. “Maar dan moet je heel zeker weten dat je patiënten niet van de regen in de drup brengt met het risico op kanker.”

De nieuwe, realistische huid is op dit moment nog een ‘proof of concept’. Er moet nog veel onderzoek verricht worden voor de huid ingezet kan worden bij het behandelen van mensen met grote wonden en brandwonden, en wellicht ook voor het testen van medicijnen en cosmetica. Volgens de onderzoekers zelf biedt de harige huid op dit moment geen oplossing voor kaalheid: de techniek is veel te duur en transplantatie zou meer dan een jaar duren.

Bronnen

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink, en hoort bij het thema Ziekten genezen op Biotechnologie.nl.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden